Luận án nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng điều chế cao su thiên nhiên-OH bằng phương pháp Fenton quang hóa, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến tính nhựa Epoxy – DGEBA bằng cao su thiên nhiên-OH và cao su thiên nhiên –E; các bấn đề nghiên cứu mối tương quan giữa cấu trúc hình thái học và tính chất Blend. Để nắm chi tiết nội dung nghiên cứu mời các bạn cùng tham khảo luận án.
Trang 1Bộ Giáo dục vμ đμo tạo Trường đại học vinh -
Lê đức giang
Biến tính nhựa epoxy bằng
cao su thiên nhiên lỏng epoxy hoá
Chuyên ngành : Hoá học hữu cơ
Mã số: 62.44.27.01
Vinh-2010
Trang 2Các công trình đ∙ công bố liên quan đến luận án
1 Lờ Đức Giang, Phạm Hữu Lý, Lờ Văn Hạc, Hoàng Văn Lựu (2007), “Điều
chế cao su thiờn nhiờn lỏng cú nhúm phenylhydrazon và hydroxyl ở cuối
mạch”, Tạp chớ Hoỏ học và ứng dụng, tập 63, số 3, tr 37-39
2 Lờ Đức Giang, Phạm Hữu Lý, Lờ Kiều Hưng (2007), “Tổng hợp cao su
thiờn nhiờn lỏng bằng phương phỏp phõn huỷ cao su thiờn nhiờn bởi tỏc nhõn Fenton”, Hội nghị Hoỏ học hữu cơ toàn quốc lần thứ IV, Hà Nội, tr 813-817
3 Lờ Đức Giang, Hoàng Văn Lựu, Phạm Hữu Lý, Đỗ Bớch Thanh, Kim Thuý
Hồng (2007), “Nghiờn cứu một số đặc trưng của cao su thiờn nhiờn lỏng tổng
hợp bằng tỏc nhõn Fenton trong latex”, Tạp chớ Khoa học và cụng nghệ, tập 45,
số 3A, tr 238-244
4 Lờ Đức Giang, Phạm Hữu Lý (2007), “Ảnh hưởng của hàm lượng cao su
thiờn nhiờn lỏng đến một số tớnh chất cơ lý của nhựa epoxy diglycidyl ete
bisphenol-A”, Tạp chớ Khoa học và cụng nghệ, tập 46, số 6, tr 287-292
5 Le Duc Giang, Hoang Van Luu and Pham Huu Ly (2008),
“Depolymerization mechanism of natural rubber by the photo-Fenton reaction”, International science conference on “Chemistry for development and integration”, Ha noi, pp 797-805
6 Pham Huu Ly, Le Van Hac and Le Duc Giang (2008), “Corelation between
microstructure and impact strength of the điglycidyl ether of bis phenol-A epoxy resin (DGEBA) modified with epoxidized liquid natural rubber”, Avances in Natural Science, Vol 9, No.3, p 315-320
7 Lờ Đức Minh, Lờ Đức Giang, Lờ Văn Hạc, Phạm Hữu Lý (2009), “So
sánh khả năng phân huỷ cao su thiên nhiên bởi các tác nhân H2O2/UV, Fenton
vμ photo-Fenton”, Tạp chí Hoá học và ứng dụng, Số 4 (88), tr 32-34
8 Lê Đức Giang, Phạm Hữu Lý, Lê Đức Minh, Lê Văn Hạc (2009), “Nghiên
cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến phản ứng đề polyme hoá cao su thiên
nhiên bởi tác nhân Fenton quang hoá để điều chế cao su thiên nhiên lỏng” Tạp chí Hoá học, tập 47, số 2A, trang 246-250
9 Lê Đức Giang, Lê Văn Hạc, Phạm Hữu Lý (2009), “Khảo sát một số tính
chất cơ lý của blend nhựa epoxy DGEBA-cao su thiên nhiên lỏng epoxy hoá
bằng phương pháp quy hoạch hoá thực nghiệm, Tạp chí Hoá học, Tập 47, số
4A, trang 694-698
Trang 3Công trình được hoμn thμnh tại: Phòng thí nghiệm Polyme sinh học, Viện Hoá học, Viện Khoa học vμ Công nghệ Việt Nam; phòng thí nghiệm Hoá hữu cơ,
khoa Hoá học, Trường Đại học Vinh
Người hướng dẫn khoa học: 1 PGS.TS Phạm Hữu Lý
2 PGS.TS Lê Văn Hạc
Phản biện 1: GS.TSKH Ngô Thị Thuận
Phản biện 2: PGS.TS Đỗ Đình Rãng
Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Đức Nghĩa
Luận án sẽ được bảo vệ trước hội đồng chấm luận án cấp nhμ nước họp tại:
Trường Đại học Vinh, Nghệ An
Vμo hồi … giờ … ngμy … tháng … năm 2010
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện Quốc gia vμ thư viện trường Đại học Vinh
Trang 4Mở đầu
1 Tính cấp thiết của luận án
Nhựa epoxy lμ loại polyme nhiệt rắn mạch thẳng có chứa các nhóm epoxy ở cuối mạch Loại nhựa epoxy thương mại được sử dụng rộng rãi nhất lμ diglyxidyl ete
bisphenol-A tổng hợp từ epiclohydrin vμ bisphenol-A (gọi tắt lμ nhựa epoxy-DGEBA)
Nhìn chung các loại nhựa epoxy khâu mạch có rất nhiều tính chất quý như khả năng bám dính trên nhiều loại vật liệu, bền nhiệt, cách điện, bền môi trường, bền hoá chất, chịu ăn mòn, bền vi sinh vật, dễ gia công, ít co ngót khi khâu mạch, giá thμnh tương đối rẻ Vì vậy, nhựa epoxy trở thμnh một trong các loại polyme quan trọng nhất, được ứng dụng rộng rãi lμm vật liệu nền để chế tạo sơn, keo dán, vật liệu bảo vệ
vμ trang trí hữu cơ, vật liệu cách điện, vật liệu compozit, compozit nanô, vật liệu trong các ngμnh ô tô, điện, điện tử, hμng không, vũ trụ, vật liệu ở nhiệt độ thấp, vật liệu cáp siêu dẫn Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của nhựa epoxy lμ cứng, dòn, độ bền va
đập thấp, độ mềm dẻo không cao, tải trọng thấp, nên bị hạn chế rất nhiều những ứng dụng quan trọng trong các ngμnh công nghiệp công nghệ cao như công nghiệp vũ trụ, vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ thấp, v.v Vì vậy vấn đề nghiên cứu biến tính nhựa epoxy lμ một hướng nghiên cứu quan trọng có ý nghĩa khoa học vμ thực tiễn cao, thu hút sự chú ý của nhiều nhμ khoa học trên thế giới Trong luận án nμy chúng tôi sử
dụng thuật ngữ “biến tính tăng cường độ bền của nhựa epoxy-modification and toughness” vì thuật ngữ nμy phản ánh sâu hơn thực chất của vấn đề biến tính lμ nhằm
nâng cao độ bền của nhựa epoxy Có 2 phương pháp chính để biến tính nhựa epoxy:
- Thay đổi thμnh phần các cấu tử ban đầu để tổng hợp nhựa epoxy
- Thay đổi tác nhân khâu mạch, chế độ khâu mạch vμ sử dụng các chất biến tính nhựa epoxy để điều chỉnh mật độ tạo lưới
Phương pháp thứ hai được các nhμ khoa học trên thế giới đặc biệt quan tâm nghiên cứu vμ phát triển, trong đó có việc sử dụng rộng rãi các loại cao su lỏng (CSL)
vμ elastome nhiệt dẻo lỏng (ENDL) để biến tính nhựa epoxy
Sử dụng cao su thiên nhiên lỏng có các nhóm hydroxyl cuối mạch OH) vμ đặc biệt lμ cao su thiên nhiên lỏng epoxy hoá (CSTNL-E) để biến tính nhựa epoxy lμ một hướng nghiên cứu rất mới, có ý nghĩa khoa học vμ thực tiễn cao Vì vậy,
(CSTNL-chúng tôi chọn đề tμi: Biến tính nhựa epoxy bằng cao su thiên nhiên lỏng epoxy
hoá
2 Nhiệm vụ của luận án
a) Điều chế CSTNL-OH bằng phương pháp cắt mạch CSTN trong dung dịch bởi tác nhân Fenton quang hoá vμ epoxy hoá CSTNL-OH bằng axit 3-clo perbenzoic
Trang 5b) Biến tính tăng cường độ bền nhựa epoxy-DGEBA bằng CSTNL-OH vμ
CSTNL-E
c) Bước đầu thăm dò chế tạo thử nghiệm keo dán cao su-kim loại trên cơ sở blend nhựa epoxy-DGEBA/CSTNL-E
3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án
a) Đối tượng nghiên cứu: nhựa epoxy-DGEBA biến tính bằng CSTNL-OH vμ
CSTNL-E
b) Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng điều chế
CSTNL-OH bằng phương pháp Fenton quang hoá; các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến tính nhựa epoxy-DGEBA bằng CSTNL-OH vμ CSTNL-E; các vấn đề nghiên cứu mối tương quan giữa cấu trúc hình thái học vμ tính chất của blend
4 Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp quy hoạch thực nghiệm: khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố
- Phương pháp chuẩn độ hóa học: xác định chỉ số nhóm định chức trung bình của CSTNL-OH
- Các phương pháp đo độ nhớt vμ VPO: xác định khối lượng phân tử trung bình của CSTNL-OH vμ CSTNL-E
- Các phương pháp hóa lý (FTIR, 1H-NMR, 13C-NMR, DEPT): khảo sát cấu trúc hóa học của CSTNL-OH vμ CSTNL-E
- Các phương pháp SEM, FeSEM: khảo sát hình thái học của vật liệu
- Phương pháp phân tích nhiệt TGA: nghiên cứu tính chất nhiệt của vật liệu
- Các phương pháp xác định tính chất cơ lý của vật liệu: độ cứng tương đối, độ bền va đập, độ bền ép dãn vμ độ bám dính
5 ý nghĩa khoa học, thực tiễn và đóng góp mới của luận án
a Đã điều chế được cao su thiên nhiên lỏng có các nhóm hydroxyl ở cuối mạch (CSTNL-OH) bằng phản ứng Fenton quang hoá vμ đã xác định điều kiện tối ưu của phản ứng bằng phương pháp quy hoạch hoá thực nghiệm Trên cơ sở phản ứng của CSTNL-OH với axit 3-clo perbenzoic đã điều chế được CSTNL-E với hμm lượng mol nhóm epoxy khác nhau
b Đã sử dụng CSTNL-OH vμ CSTNL-E để biến tính nâng cao độ bền của nhựa epoxy-DGEBA Kết quả cho thấy CSTNL-OH vμ CSTNL-E đã lμm tăng độ bền va
đập, độ bền ép dãn vμ giảm độ cứng của nhựa epoxy-DGEBA, trong đó hiệu quả biến tính nâng cao độ bền nhựa epoxy-DGEBA của CSTNL-E cao hơn so với CSTNL-OH
c Đã chế tạo vμ bước đầu thử nghiệm thμnh công keo dán cao su-kim loại trên cơ sở blend nhựa epoxy-DGEBA/CSTNL-E
Trang 66.Bố cục của luận án
Luận án gồm 135 trang trong đó có 25 bảng, 35 hình, 13 sơ đồ vμ bao gồm các phần sau: Mở đầu (3 trang); Chương 1: Tổng quan (38 trang); Chương 2: Phương pháp nghiên cứu vμ thực nghiệm (13 trang); Chương 3: Kết quả vμ thảo luận (60 trang); Kết luận (2 trang); Danh mục công trình liên quan (2 trang); Tμi liệu tham khảo (17 trang)
Chương 1 Tổng quan
Phần thứ nhất của tổng quan trình bμy cao su lỏng (CSL), cao su thiên nhiên lỏng (CSTNL) vμ cao su thiên nhiên lỏng epoxy hoá (CSTNL-E); các nghiên cứu trong nước vμ trên thế giới trong việc điều chế CSL, CSTNL vμ CSTNL-E cũng như ứng dụng của chúng trong khoa học vμ công nghệ
Phần thứ hai đề cập đến những vấn đề chung nhất về nhựa epoxy: cấu tạo, tính chất, ưu điểm, nhược điểm vμ các lĩnh vực ứng dụng chính của nhựa epoxy
Phần thứ ba trình bμy về các phương pháp biến tính tăng cường độ bền của nhựa epoxy Trong đó đi sâu vμo phương pháp biến tính tăng cường độ bền nhựa epoxy bằng các loại cao su lỏng vμ elastome nhiệt dẻo lỏng Phần nμy đã tổng hợp các kết quả nghiên cứu của các nhμ khoa học trong nước vμ trên thế giới trong lĩnh vực biến tính nhựa epoxy cho đến năm 2009
Chương 2 phương pháp nghiên cứu vμ Thực nghiệm
Chương nμy đã mô tả chi tiết các hoá chất, dụng cụ vμ thiết bị thí nghiệm; các quy trình điều chế CSTNL-OH, CSTNL-E; các quy trình chế tạo blend nhựa epoxy-DGEBA/CSTNL-OH vμ nhựa epoxy-DGEBA/CSTNL-E; các phương pháp nghiên cứu cấu trúc vμ tính chất của sản phẩm
Chương 3 Kết quả nghiên cứu vμ thảo luận
Trong luận án nμy chúng tôi điều chế CSTNL-OH có Mn khoảng dưới 10.000 bằng phương pháp phân huỷ CSTN trong dung dịch với tác nhân Fenton quang hoá Tuy nhiên, để có cơ sở khoa học cho việc lựa chọn phương pháp Fenton quang hoá, chúng tôi đã so sánh các phản ứng điều chế CSTNL với 3 loại tác nhân: UV/H2O2, Fenton vμ Fenton quang hoá Kết quả cho thấy phản ứng đạt hiệu quả cao nhất khi sử
dụng tác nhân Fenton quang hoá
3.1.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố đến phản ứng phân huỷ CSTN với tác nhân Fenton quang hoá
Phản ứng phân huỷ cao su thiên nhiên trong dung dịch toluen bởi tác nhân Fenton quang hoá chịu ảnh hưởng của nhiều yêu tố như: nồng độ cao su, tỷ lệ mol
Trang 7H2O2/Fe2+, pH của dung dịch đệm, nhiệt độ, dung môi đồng thể, bước sóng của đèn tử ngoại, v.v Qua khảo sát sơ bộ chúng tôi nhận thấy rằng có ba yếu tố chính ảnh hưởng đến phản ứng lμ nồng độ cao su, tỷ lệ mol H2O2/Fe2+ vμ pH của dung dịch
đệm ảnh hưởng của các yếu tố nμy đến phản ứng được khảo sát bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm bậc 1 hai mức tối ưu.
Bảng 3.1: Kết quả thực nghiệm kế hoạch bậc 1 hai mức tối ưu
pH thì khối lượng phân tử trung bình của cac su cũng tăng; tỷ lệ nghịch với tỷ lệ mol
H2O2/Fe2+ có nghĩa lμ khi tăng tỷ lệ mol H2O2/Fe2+ thì khối lượng phân tử trung bình
Trang 8của cao su giảm Trong đó yếu tố nồng độ cao su có ảnh hưởng mạnh nhất vμ thấp nhất lμ pH của dung dịch đệm do hệ số b1 có giá trị lớn nhất (b1=478,1) vμ b3 có giá trị nhỏ nhất (b3=118,8)
- Khối lượng phân tử trung bình của CSTNL tỷ lệ thuận với tương tác giữa tỷ lệ mol H2O2/Fe2+ vμ pH của dung dịch đệm vμ tỷ lệ nghịch với tương tác tỷ lệ mol
H2O2/Fe2+ vμ nồng độ cao su; trong đó tương tác giữa tỷ lệ mol H2O2/Fe2+ vμ pH của dung dịch đệm có ảnh hưởng mạnh hơn do hệ số b23 có giá trị lớn hơn b12 (b23=212,5
vμ b12=181,2)
Bằng phương pháp sử dụng phần mềm Matlab, chúng tôi xác định được điều kiện tối ưu của phản ứng lμ pH = 2,5; tỷ lệ mol H2O2/Fe2+ lμ 1,6 vμ nồng độ cao su lμ 3,2%
3.1.2 Khảo sát cấu trúc của cao su thiên nhiên lỏng
Trong phổ FTIR của CSTNL ta thấy cú cỏc đỉnh phổ sau đặc trưng cho cấu trỳc cis – 1,4 – isopren của CSTN: 2959, 2866 cm-1 (dao động hoỏ trị của cỏc liờn kết C-H), 1447 và 1381 cm-1 (dao động biến dạng của liờn kết C – H), 1663 cm-1 đặc trưng cho liờn kết C = C, cis – vinylen) Đặc biệt, ta cũn quan sỏt thấy một dải rộng ở vựng 3400 – 3600 cm-1 (dao động hoỏ trị của nhúm OH được tạo thành trong phõn tử CSTNL)
Trong phổ 1H-NMR của CSTNL, có thể quan sát thấy các đỉnh phổ với độ dịch
chuyển hoá học δ (ppm) đặc trưng cho các proton trong cấu trúc cis-1,4-polyisopren
của CSTN: δ = 1,67 ppm (CH3), δ = 2,04 ppm (CH2), δ = 5,12 ppm (CH)
Phổ 13C-NMR vμ DEPT của CSTNL cho 5 đỉnh phổ với độ chuyển dịch hoá học
ứng với 5 nguyên tử cacbon trong cấu trúc cis-1,4-polyisopren của CSTN: δ = 32,1
ppm (C1), δ = 135,1 ppm (C2), δ = 124,9 ppm (C3), δ = 26,3 ppm (C4), δ = 23,3 ppm (C5)
5
5
Các dữ liệu phổ hồng ngoại vμ phổ cộng hưởng từ hạt nhân ở trên cho thấy
CSTNL điều chế được bằng phản ứng Fenton quang hoá vẫn giữ nguyên cấu hình
cis-1,4-polyisopren của CSTN vμ còn xuất hiện nhóm hydroxyl ở cuối mạch Bằng
Trang 9phương pháp chuẩn độ hoá học, chúng tôi đã xác định được chỉ số nhóm định chức trung bình của CSTNL-OH lμ F∼ 1,8-1,9
3.2 Epoxy hoá cSTNL có nhóm hyđroxyl cuối mạch
3.2.1 Điều chế cao su thiên nhiên lỏng epoxy hoá (CSTNL-E)
CSTNL-E được điều chế theo quy trình của nhóm tác giả D Deronuet, J.C Brosse, A Challioui đã được mô tả chi tiết trong tμi liệu đã công bố Trong quy trình nμy, tác nhân epoxy hoá được sử dụng lμ axit 3-clo perbenzoic Cao su thiên nhiên lỏng epoxy hoá điều chế được có mμu trắng ngμ, độ nhớt tăng dần khi hμm lượng mol
nhóm epoxy tăng
Bảng 3.2: Kết quả điều chế CSTNL-E bằng phương pháp epoxy hoá CSTNL-OH
(Mn= 4510) bởi axit 3-clo perbenzoic
Axit 3-clo
perbenzoic (mol)
CSTNL-OH (mol)
Hàm lượng nhóm epoxy (% mol)
3.2.2 Khảo sát cấu trúc của CSTNL-E
Trong phổ FTIR của CSTNL-OH vμ CSTNL-E đều có các vân phổ đặc trưng
cho cấu trúc cis-1,4-polyisopren Ngoμi ra trong phổ FTIR của CSTN-E còn xuất hiện
thêm các vân phổ đặc trưng cho nhóm epoxy được tạo thμnh ( 876 cm-1, 1224 cm-1)
Điều đó cho thấy chỉ một số liên kết đôi trong phân tử cao su bị epoxy hóa
Trong phổ 1H-NMR của CSTNL-E, ngoμi các đỉnh phổ với độ dịch chuyển hoá
học đặc trưng cho cấu trúc cis -1,4- polyisopren của CSTNL-OH: δ = 1,67 ppm
(CH3), δ = 2,04 ppm (CH2), δ = 5,14 ppm (CH), còn quan sát thấy sự xuất hiện của
đỉnh phổ với δ = 2,71 ppm của proton trong nhóm metin (CH) liên kết trực tiếp với vòng oxiran
Phổ 13C-NMR của CSTNL-E với độ chuyển dịch hoá học của 5 nguyên tử
cacbon trong cấu trúc cis-1,4-polyisopren của CSTNL-OH lμ: δ = 32,2 ppm (C1), δ = 135,0 ppm (C2), δ = 125,1 ppm (C3), δ = 26,4 ppm (C4), δ = 23,4 ppm (C5)
Trang 10Ngoμi ra trong phổ 13C-NMR của CSTNL-E còn xuất hiện thêm nhiều đỉnh phổ
do sự epoxy hoá các liên kết đôi trong CSTNL-OH: δ = 134,3 ppm (C6), δ = 125,7 ppm (C7), δ = 23,9 ppm (C8), δ = 33,2 ppm (C9), δ = 22,3 ppm (C10), δ = 64,5 ppm (C11), δ = 60,8 ppm (C12), δ = 27,1 ppm (C13), δ = 28,7 ppm (C14), δ = 135,7 ppm (C15), δ = 124,5 ppm (C16), δ = 134,7 ppm (C17), δ = 124,9 ppm (C18), δ = 26,2 ppm (C19), δ = 29,7 ppm (C20)
19 20
Sơ đồ 3.1 : Một số công thức cấu tạo của CSTNL-E
3.3 Biến tính tăng cường độ bền nhựa epoxy-DGEBA bằng CSTNL-OH
3.3.1 ảnh hưởng của Mn đến tính chất cơ lý của vật liệu blend
Độ bám dính (N/mm 2 )
Các kết quả ở trên cho thấy: nhựa epoxy-DGEBA không biến tính (mẫu A1) có
độ cứng tương đối vμ độ bám dính cao nhất Độ cứng tương đối vμ độ bám dính của vật liệu blend nhựa epoxy-DGEBA/CSTNL-OH giảm gần như tuyến tính với sự tăng
Mn của CSTNL-OH, trong đó độ bám dính giảm mạnh ở các mẫu A4, A5 vμ A6 (độ bám dính của mẫu A4 giảm khoảng 1,4 lần vμ mẫu A5 giảm khoảng 1,8 lần vμ A6
Trang 11giảm khoảng 2,1 lần so với mẫu A1) Các kết quả tương tự cũng quan sát thấy trong
độ bền va đập vμ độ ép dãn của tổ hợp nhựa epoxy-DGEBA/CSTNL-OH, trong đó nhựa epoxy-DGEBA không biến tính có độ bền va đập vμ độ bền ép dãn thấp nhất Sự
có mặt của CSTNL-OH trong các mẫu từ A2 đến A6 đã lμm tăng đáng kể độ bền ép dãn (khoảng 1,2-1,4 lần) vμ độ bền va đập (khoảng 1,2-1,7 lần) so với mẫu A1, trong
đó tăng mạnh ở các mẫu A2 vμ A3, sau đó lại giảm nhẹ ở các mẫu A4, A5 vμ A6 Độ bền va đập vμ độ bền ép dãn đạt giá trị lớn nhất tại mẫu A3
3.3.2 ảnh hưởng của hàm lượng CSTNL-OH, nhiệt độ, dung môi và thứ tự trộn hợp đến cấu trúc và tính chất của vật liệu blend
Để khảo sát ảnh hưởng của hμm lượng CSTNL-OH (Mn~ 4510), nhiệt độ, dung môi vμ thứ tự trộn hợp các thμnh phần đến cấu trúc vμ tính chất cơ lý của vật liệu blend nhựa epoxy-DGEBA/CSTNL-OH, chúng tôi đã thực hiện ba nhóm mẫu thí nghiệm với hμm lượng CSTNL-OH (so với khối lượng của nhựa epoxy-DGEBA) lần lượt lμ 0%, 2%, 3%, 4%, 5% vμ 6% vμ hμm lượng chất khâu mạch PEPA lμ11% (so với khối lượng của nhựa epoxy) với quy trình chế tạo như đã mô tả ở phần thực nghiệm Kết quả thu được trình bμy trong các bảng 3.4:
Bảng 3.4: Tính chất cơ lý của blend nhựa epoxy-DGEBA/CSTNL-OH trong nhóm B
Độ bám dính (N/mm 2 )
Độ bám dính (N/mm 2 )
Trang 12Bảng 3.6: Tính chất cơ lý của blend nhựa epoxy-DGEBA/CSTNL-OH trong nhóm D
Độ bám dính (N/mm 2 )
Nhóm D: Nhựa epoxy-DGEBA vμ CSTNL-OH được hoμ tan đồng thời trong
THF ở 600C trong 60 phút, sau đó để nguội vμ thêm PEPA vμo hỗn hợp
3.3.2.1 ảnh hưởng của hàm lượng CSTNL-OH
Các kết quả xác định tính chất cơ lý ở cả ba nhóm mẫu thí nghiệm (bảng 3.3, 3.4 vμ 3.5) cho thấy: nhựa epoxy-DGEBA không biến tính (mẫu B1, C1 vμ D1) có độ cứng tương đối vμ độ bám dính cao nhất, độ bền va đập vμ độ bền ép dãn thấp nhất
Độ cứng tương đối vμ độ bám dính của hệ CSTNL-OH/nhựa epoxy-DGEBA giảm gần như tuyến tính với sự tăng hμm lượng CSTNL-OH, trong đó độ bám dính giảm mạnh khi hμm lượng CSTNL-OH nằm trong khoảng từ 5%-6%
Các kết quả nghiên cứu cho thấy độ bền va đập vμ độ ép dãn của hệ OH/ nhựa epoxy-DGEBA phụ thuộc mạnh vμo hμm lượng CSTNL-OH Trong đó nhựa epoxy không biến tính (mẫu B1, C1 vμ D1) có độ bền va đập vμ độ bền ép dãn thấp nhất Các tính chất trên tăng nhẹ khi hμm lượng CSTNL-OH tăng từ 2% đến 3% (đối với các mẫu ở nhóm B), từ 2% đến 4% (đối với các mẫu ở nhóm C vμ D), sau đó giảm nhẹ khi hμm lượng CSTNL từ 4% đến 6% (đối với các mẫu ở nhóm B) vμ từ 5%
CSTNL-đến 6% (đối với các mẫu ở nhóm C vμ D)
3.3.2.2 ảnh hưởng của nhiệt độ, dung môi và thứ tự trộn hợp đến cấu trúc và tính chất của vật liệu blend
Khi so sánh tính chất cơ lý của blend nhựa epoxy-DGEBA/CSTNL-OH được chế tạo bằng các phương pháp khác nhau (các nhóm mẫu B, C vμ D) chúng tôi nhận
Trang 13thấy rằng: tính chất cơ lý (độ bền va đập, độ bền ép dãn vμ độ bám dính) của blend thu được ở các mẫu nhóm C cao hơn so với các mẫu ỏ nhóm B nhưng thấp hơn các mẫu ở nhóm D
Đối với các mẫu nhóm B (nhựa epoxy-DGEBA, CSTNL-OH vμ chất khâu mạch PEPA được trộn hợp đồng thời ở nhiệt độ phòng) thì độ bền va đập vμ độ bền ép dãn của blend đạt giá trị cao nhất (tương ứng lμ 35 kg.cm vμ 6,2 mm) khi hμm lượng CSTNL-OH lμ 3% Khi hμm lượng CSTNL-OH tăng lên (4%-6%) thì các tính chất đó
đều có chiều hướng giảm nhẹ, còn độ bám dính giảm rất mạnh (chỉ đạt 1,1 N/m2 khi hμm lượng khi hμm lượng CSTNL-OH lμ 6%) Trong khi đó, ở các mẫu nhóm C (nhựa epoxy-DGEBA, CSTNL-OH được trộn hợp trước ở 600C, sau đó mới thêm PEPA vμo hỗn hợp) thì độ bền va đập vμ độ bền ép dãn của blend lại đạt giá trị lớn nhất (tương ứng lμ 42 kg.cm vμ 7,0 mm) khi hμm lượng CSTNL-OH lμ 4%, sau đó giảm dần khi hμm lượng CSTNL-OH lμ 5-6% Độ bám dính đạt giá trị 1,3 N/m2 khi hμm lượng CSTNL-OH lμ 6%
ở các mẫu nhóm D (nhựa epoxy-DGEBA vμ CSTNL-OH được hoμ tan trong THF ở 600C trong 60 phút, sau đó mới thêm PEPA vμo hỗn hợp) thì giá trị lớn nhất của độ bền va đập vμ độ bền ép dãn của blend (tương ứng lμ 45 kg.cm, 7,3 mm) đạt
được khi hμm lượng CSTNL-OH lμ 4%, sau đó giảm nhẹ khi hμm lượng CSTNL-OH tăng từ 5,0-6,0% Độ bám dính giảm nhẹ hơn so với các mẫu ở nhóm C, D vμ đạt giá trị 1,5 N/m2 khi hμm lượng CSTNL-OH lμ 6%
Điều đó cho thấy việc trộn hợp trước nhựa epoxy-DGEBA với CSTNL-OH vμ
đun nóng hỗn hợp ở 600C cũng như sử dụng dung môi THF để hoμ tan hỗn hợp trước khi khâu mạch đã nâng cao được độ bền của nhựa epoxy-DGEBA biến tính bằng CSTNL-OH
Giải pháp đun nóng vμ hoμ tan hỗn hợp ở 600C đã lμm giảm độ nhớt của hệ vμ lμm chậm quá trình tách pha đồng thời lμm tăng khả năng hoμ tan của CSTNL-OH trong nhựa epoxy-DGEBA vμ lμm tăng tính tương hợp cũng như lμm cải thiện sự tương tác trên bề mặt phân cách giữa hai pha đó
Sự phối trộn CSTNL-OH với nhựa epoxy-DGEBA ở 600C sau 60 phút rồi mới thêm chất khâu mạch vμo có thể đã lμm cho phản ứng trước giữa nhựa epoxy vμ CSTNL-OH xảy ra Trong các phản ứng nμy, các phân tử CSTNL-OH thâm nhập vμo pha nền epoxy cải thiện sự tương tác trên bề mặt phân cách, điều đó có thể lμm giảm mật độ liên kết ngang của hệ Ngoμi ra, phản ứng giữa nhựa epoxy-DGEBA vμ CSTNL-OH cũng lμm giảm entropi của nhựa epoxy vμ CSTNL-OH vμ sự tăng tính linh động của mạch chính Vì vậy, độ bền va đập vμ độ bền ép dãn cũng như độ bám